Đồ án Ứng dụng plc s7 – 1200 để điều khiển và giám sát lò đốt bã mía
Theo con số thống kê của hiệp hội mía đường Việt Nam năm 2010, Việt Nam có tổng số 41 nhà máy đường, với khoảng 24 triệu tấn mía ép tạo ra 7,8 triệu tấn bã mía. Từ đó thì khoảng 80% trong số đó được đốt để nạp cung cấp nhiệt cho các nhà máy điện, lò hơi hay được dùng ngược lại để nấu mía đường. Để tận dụng nhiệt lượng cao từ 4200 – 4700 kcal/kg của bã mía đem lại thì cần phải có sự kiểm soát nhiệt độ một cách hiệu quả trong lò nấu mía đường. Với tính chất quan trọng như vậy thì nhiệt độ cần đòi hỏi phải có phương pháp điều khiển thích hợp. Đây chính là vấn đề đặt ra để cần giải quyết nhằm đem lại tính ổn định và chính xác của nhiệt độ. Một hệ thống muốn chính xác cần phải thực hiện hồi tiếp tín hiệu về để so sánh với tín hiệu vào ra và được gửi đến bộ điều khiển hiệu chỉnh đầu ra. Hệ thống điều khiển hồi tiếp có nhiều ưu điểm nên thường được thấy trong các hệ thống tự động. Trước đó đã có nhiều công trình và đề tài như“Điều khiển và giám sát lò nhiệt PID bằng PLC S7-300. [1]” nói về phương pháp điều khiển nhiệt độ dựa trên nguyên tắc hệ thống hồi tiếp. Qua bộ cảm biến gửi tín hiệu đo lường nhiệt độ về so sánh với giá trị đặt, sai lệch giữ tín hiệt đặt và đo sẽ được đưa tới bộ điều khiển tạo tín hiệu công suất cấp cho bộ phận gia nhiệt. Với vai trò là sinh viên chuẩn bị tốt nghiệp, nhóm thực hiện quyết định chọn để tài : “ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ ĐỐT BÃ MÍA” để nghiên cứu, nhằm tổng hợp và cũng cố kiến thức đã học cũng như áp dụng công nghệ vào quá trình sản xuất công nghiệp. Trong đề tài này, nhóm thực hiện sẽ thiết kế mô hình ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển và giám sát nhiệt độ của lò nấu mía bằng nguyên liệu bã mía để thay đổi tốc độ băng tải và quạt thổi cho phù hợp với nhiệt độ của lò. Với tin tưởng rằng đề tài này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất đường của Việt Nam hiện nay để tận dụng nguồn nguyên liệu bã mía có sẵn tại nhà máy nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Ứng dụng plc s7 – 1200 để điều khiển và giám sát lò đốt bã mía, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU
KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ ĐỐT BÃ MÍA
GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ
SVTH: Nguyễn Minh Hải
MSSV: 16431009
Tp. Hồ Chí Minh - 12/2017
i
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ
ĐỐT BÃ MÍA
GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ
SVTH: Nguyễn Minh Hải 16341009
Tp. Hồ Chí Minh – 07/2018
ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2018
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Phan Ngọc Nhân MSSV: 16341017
Nguyễn Minh Hải MSSV: 16341009
Chuyên ngành: CNKT Điện tử Truyền Thông Mã ngành: 41
Hệ đào tạo: Đại học chính quy (CT) Mã hệ: 3
Khóa: 2016 Lớp: 163410A
I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
LÒ ĐỐT BÃ MÍA.
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
- Nhóm tiến hành tìm hiểu các mô hình lò đốt trên mạng. Sau quá trình tìm hiểu
nhóm đã tích lũy được các kinh nghiệm trong quá trình thực hiện.
- Tiến hành tìm hiểu qui trình vận hành lò đốt bã mía của các nhà máy.
- Tìm hiểu các loại cảm biến, thiết bị và phương pháp nguyên lý để có thể lựa
chọn ra các thiết bị phù hợp để dùng trong mô hình.
2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal V14.
- Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến tần.
- Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt.
- Thiết kế và thi công khối cảm biến nhiệt độ.
- Thiết kế và thi công hệ thống quạt thổi và băng tải.
- Kết nối PLC với biến tần.
- Lắp ráp các khối điều khiển vào mô hình.
iii
- Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển trên máy tính bằng phần mềm WinCC
trong TIA Portal V14.
- Viết chương trình PLC cho hệ thống.
- Chạy thử nghiệm mô hình lò đốt.
- Cân chỉnh lại hệ thống.
- Viết sách luận văn.
- Báo cáo đề tài tốt nhiệp.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/03/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/07/2018
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Trần Văn Sỹ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
iv
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o----
Tp. HCM, ngày 20 tháng 03 năm 2018
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Phan Ngọc Nhân
Lớp: 163410A MSSV: 16341017
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Minh Hải
Lớp: 163410A MSSV: 16341009
Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC S7 – 1200 ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT LÒ ĐỐT
BÃ MÍA.
Tuần/ngày Nội dung
Xác nhận
GVHD
Tuần 1
(12/03 – 18/03)
Gặp GVHD phổ biến đề tài.
Tuần 2
(19/03 – 25/03)
Viết đề cương Đồ án tốt nghiệp.
Tuần 3
(26/03 – 01/04)
Tìm hiểu qui trình lò đốt.
Tuần 4
(02/04 – 08/04)
Tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA
Portal V14
Tuần 5
(09/04 – 15/04)
Tìm hiểu về module truyền thông RS485
Tuần 6
(16/04 – 22/04)
Phương thức truyền dữ liệu từ PLC đến biến
tần.
Tuần 7, 8
(23/04 – 06/05)
Thiết kế và thi công mô hình lò nhiệt đốt, khối
cảm biến nhiệt độ.
Tuần 9, 10
(07/05 – 20/05)
Lắp ráp hoàn thiện mô hình.
Lập trình PLC cho toàn hệ thống.
v
Tuần 11, 12
(21/05 – 03/06)
Chạy thử demo chương trình.
Cân chỉnh lại toàn bộ hệ thống và chương trình.
Tuần 13
(04/06 – 10/06)
Viết báo cáo chương 1, chương 2.
Tuần 14
(11/06 – 17/06)
Viết báo cáo chương 3, chương 4.
Tuần 15
(18/06 – 24/06)
Viết báo cáo chương 5, chương 6. Kiểm tra lỗi
và hoàn thiện quyển báo cáo.
Tuần 16
(25/06 – 01/07)
Viết Slide báo cáo.
Quay video cho mô hình.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
vi
LỜI CAM ĐOAN
Nhóm xin cam đoan đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và
đề tài trước đó. Không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 07 năm 2018
Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2
PHAN NGỌC NHÂN NGUYỄN MINH HẢI
vii
LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình được học tập ở trường cùng với những kiến thức được các thầy cô
giảng dạy, những kinh nghiệm được học hỏi, trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã
được các thầy cô tạo điều kiện tốt nhất để thực hiện đồ án này. Nhóm xin gửi lời cảm
ơn tới tất cả các thầy, cô trong Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói chung,
đặc biệt các giảng viên Khoa Điện - Điện Tử nói riêng đã giảng dạy và cung cấp cho
Nhóm có những kiến thức quý báu, tạo tiền đề quan trong cho Nhóm có thể thực hiện
được đồ án này.
Nhóm em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Văn Sỹ, trong suốt thời gian
nhóm em thực hiện đề tài, thầy đã hướng dẫn tận tình và hỗ trợ cho nhóm các thiết bị
cần thiết để nhóm thực hiện đề tài tốt hơn và đưa ra hướng đi giải quyết đúng cho nhóm
mỗi khi gặp khó khăn. Cảm ơn thầy đã chia sẻ những kinh nghiệm quý báu giúp nhóm
thực hiện tốt đề tài.
Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án, vì thời gian và trình độ có giới hạn
nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, nhóm hy vọng sẽ nhận được những ý
kiến đóng góp quý báu từ thầy cô, bạn bè và những người quan tâm để đề tài được hoàn
thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện 1 Sinh viên thực hiện 2
PHAN NGỌC NHÂN NGUYỄN MINH HẢI
viii
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .......................................................................... ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................. iv
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... vi
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... vii
MỤC LỤC ............................................................................................................... viii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ.................................................................................................. xii
TÓM TẮT ................................................................................................................. xv
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ....................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU .........................................................................................................2
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...............................................................................2
1.4 GIỚI HẠN ..........................................................................................................3
1.5 BỐ CỤC .............................................................................................................3
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................5
2.1 QUY TRÌNH VẬN HÀNH LÒ ĐỐT BÃ MÍA ...................................................5
2.1.1 Công tác chuẩn bị vận hành ..........................................................................5
2.1.2 Quy trình và thao tác vận hành lò đốt ...........................................................5
2.2 SƠ LƯỢC VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ................................................................6
2.2.1 Phân loại .......................................................................................................7
2.2.2 Các thông số bộ điều khiển PID ....................................................................8
2.3 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ............................................................................. 10
2.3.1 Bộ xử lý trung tâm PLC S7-1200 ................................................................ 10
a. Tổng quan về PLC S7-1200 ........................................................................ 10
b. Cấu tạo PLC S7-1200 .................................................................................. 11
ix
c. Các moudle mở rộng PLC S7-1200 ............................................................. 13
d. Module truyền thông ................................................................................... 14
e. Nguyên lý hoạt động PLC S7 – 1200 ........................................................... 15
f. Lập trình PLC S7-1200 ............................................................................... 16
2.3.2 Biến Tần SIEMENS MICROMASTER 420 ................................................ 16
2.3.3 Dây nhiệt điện trở (thermistor) .................................................................... 24
2.3.4 SOLID STATE RELAY (SSR) ................................................................... 26
2.3.5 Cảm biến nhiệt độ ....................................................................................... 27
a. Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector - RTD) ................................ 28
b. Cặp nhiệt điện (Thermocouple) ................................................................... 29
c. Cảm biến nhiệt bán dẫn ............................................................................... 30
d. Điện trở oxit kim loại (Thermistor).............................................................. 30
2.3.6 Nút nhấn ..................................................................................................... 31
2.3.7 Động cơ 3 pha ............................................................................................. 32
Chương 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................................. 34
3.1 GIỚI THIỆU..................................................................................................... 34
3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ....................................................... 35
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống........................................................................ 35
3.2.2 Tính toán và thiết kế hệ thống ..................................................................... 36
a. Thiết kế khối nguồn ..................................................................................... 36
b. Thiết kế khối cảm biến ................................................................................. 37
c. Khối xử lý trung tâm .................................................................................... 38
d. Khối nút nhấn, đèn báo ................................................................................ 39
e. Khối điều khiển động cơ .............................................................................. 40
f. Khối điều kiển SSR ...................................................................................... 42
g. Khối băng tải và quạt thổi ............................................................................ 43
h. Khối dây điện trở nhiệt mayso ..................................................................... 44
x
3.2.3 Thiết kế sơ đồ đi dây tủ điện ....................................................................... 45
a. Sơ đồ kết nối phần cứng PLC với ngõ vào ra................................................ 45
b. Sơ đồ kết nối Module RS485 với biến tần MM420 và động cơ 3 pha ........... 46
Chương 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................ 47
4.1 GIỚI THIỆU ...................................................................................................... 47
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................................... 47
4.2.1 Thi công lắp ráp phần cơ khí....................................................................... 47
4.2.2 Phần băng tải và lò đốt ............................................................................... 49
4.2.3 Thi công lắp ráp phần tủ điện ...................................................................... 53
4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG................................................................................. 56
4.3.1 Lưu đồ giản thuật ........................................................................................ 56
a. Thuật toán điều khiển biến tần ..................................................................... 56
b. Thuật toán điều khiển chương trình chính .................................................... 57
4.3.2 Lập trình cho PLC S7-1200 ......................................................................... 58
a. Giới thiệu phần mềm lập trình ..................................................................... 58
b. Cách cài đặt phần mềm ................................................................................ 58
c. Cách tạo một Project ................................................................................... 58
4.3.3 Giao thức USS cho biến tần MM420 (Universal serial interface) ................ 60
a. Hàm điều khiển cổng USS_PORT ............................................................... 63
b. Hàm USS_DRIVE....................................................................................... 63
c. Hàm USS_RPM .......................................................................................... 65
d. Hàm USS_WPM ......................................................................................... 66
4.3.4 Thiết lập các tham số cho biến tần ............................................................... 67
a. Thiết lập thông số động cơ .......................................................................... 67
b. Thiết lập thông số biến tần phục vụ cho chế độ truyền thông USS ............... 68
4.4 VIẾT TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC ............................... 69
Chương 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .................................................... 70
xi
5.1 THIẾT BỊ ......................................................................................................... 70
5.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC ..................................................................................... 70
5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ................................................................................... 71
5.4 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ ........................................................................... 74
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 75
6.1 KẾT LUẬN ...................................................................................................... 75
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 76
xii
LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình Trang
Hình 2.1: Băng tải bã mía vào lò đốt..............................................................................5
Hình 2.2: Cấu trúc bộ điều khiển PID ............................................................................6
Hình 2.3: Hệ thống bộ điều khiển PID liên tục ..............................................................7
Hình 2.4: Hệ thống bộ điều khiển PID số rời rạc ...........................................................7
Hình 2.5: Khâu tỉ lệ bộ điều khiển PID ..........................................................................8
Hình 2.6: Khâu tích phân bộ điều khiển PID..................................................................9
Hình 2.7: Khâu vi phân bộ điều khiển PID ....................................................................9
Hình 2.8: Thành phần PLC S7 – 1200 ......................................................................... 11
Hình 2.9: Module truyền thông RS485(CB 1241) ........................................................ 14
Hình 2.10: Chu kỳ quét của một PLC .......................................................................... 15
Hình 2.11: Biến tần SIEMENS MICROMASTER 420 ................................................ 16
Hình 2.12: Tháo phần mặt trước vỏ máy ...................................................................... 19
Hình 2.13: Các đầu mạch động lực .............................................................................. 19
Hình 2.14: Các đầu vào tương tự và số ........................................................................ 20
Hình 2.15: Dây điện trở nhiệt mayso ........................................................................... 25
Hình 2.16: Relay bán dẫn (SSR) .................................................................................. 26
Hình 2.17: Nhiệt điện trở ............................................................................................. 28
Hình 2.18: Cặp nhiệt điện ............................................................................................ 29
Hình 2.19: Cảm biến nhiệt độ LM335 ......................................................................... 30
Hình 2.20: Điện trở oxit kim loại ................................................................................. 30
Hình 2.21: Nút nhấn teknic .......................................................................................... 32
Hình 2.22: Động cơ 3 pha Oriental .............................................................................. 33
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống ..................................................................................... 35
Hình 3.2: Khối nguồn thực tế ...................................................................................... 37
Hình 3.3: Bộ chuyển đổi tín hiệu TWD ....................................................................... 38
Hình 3.4: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC ........................................................ 39
Hình 3.5: Đèn báo 220VAC ........................................................................................ 39
Hình 3.6: Nút nhấn thường hở ..................................................................................... 40
Hình 3.7: Biến tần MM420 .......................................................................................... 41
Hình 3.8: Mạch động lực cho SSR ............................................................................... 42
xiii
Hình 3.9: Motor giảm tốc mini Peeimoger ................................................................... 43
Hình 3.10: Động cơ 3 pha Oriental .............................................................................. 44
Hình 3.11: Dây điện trở nhiệt mayso gắn trong mô hình .............................................. 44
Hình 3.12: Sơ đồ kết nối PLC ...................................................................................... 45
Hình 3.13: Sơ đồ kết nối Biến tần với Module RS485 và động cơ ............................... 46
Hình 4.1: Sơ đồ lắp ráp khung sắt ................................................................................ 47
Hình 4.2: Khung sắt thiết kế thực tế ............................................................................. 49
Hình 4.3: Sơ đồ lắp ráp băng tải và lò đốt .................................................................... 49
Hình 4.4: Mô hình lò đốt ............................................................................................. 51
Hình 4.5: Mô hình băng tải .......................................................................................... 53
Hình 4.6: Sơ đồ thi công tủ điện .................................................................................. 53
